中美高中生物教材中“影響酶活性因素實(shí)驗(yàn)”的比較研究

孫安靜+++++曹志江

【摘 要】文章通過(guò)對(duì)“人教版”高中生物教材《必修1·分子與細(xì)胞》和美國(guó)高中生物教材《Biology-Prentice Hall》中影響酶活性因素的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，分析中美教材在編寫(xiě)方式上的異同，從而對(duì)中美教材中這個(gè)實(shí)驗(yàn)的特色作出評(píng)價(jià)，為中外教材的相互借鑒和中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一些理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】中美生物教材；實(shí)驗(yàn)比較；影響酶活性的因素

【基金項(xiàng)目】本文系教育部“南京師范大學(xué)卓越中學(xué)教師培養(yǎng)改革項(xiàng)目”的階段性成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2016）36-0026-02

一、影響酶活性因素實(shí)驗(yàn)在教材中的地位

探究“影響酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)是“人教版”高中生物教科書(shū)《必修1·分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了“酶的作用和本質(zhì)”以及“酶的特性”之后安排的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，也是本冊(cè)教材中較重要的一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探究性實(shí)驗(yàn)?！疤骄繙囟葘?duì)酶活性的影響”是美國(guó)高中生物《Biology-Prentice Hall》第一單元第二章第四節(jié)“化學(xué)反應(yīng)和酶”中的探究實(shí)驗(yàn)，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

該實(shí)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外教材中位置較前，都屬于重點(diǎn)安排和設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)成演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)以及探究性實(shí)驗(yàn)等多種形式。通過(guò)本節(jié)內(nèi)容可以很好地培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，操縱和控制實(shí)驗(yàn)變量，限制和控制無(wú)關(guān)變量，觀(guān)察和測(cè)量因變量的科學(xué)方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析和討論。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比較

1. 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型的比較

探究影響酶活性因素實(shí)驗(yàn)在中美教材中最主要的不同之處是探究方式的差異。雖然都是探究性實(shí)驗(yàn)，人教版教材中這個(gè)實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo)式探究，探究時(shí)給學(xué)生提供將要研究的問(wèn)題的情境、解決問(wèn)題所要使用的材料，并且通過(guò)一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但不提供預(yù)期結(jié)果。學(xué)生要根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)某種聯(lián)系，找到問(wèn)題的答案。人教版教材通過(guò)介紹一個(gè)完整的探究過(guò)程，讓學(xué)生了解科學(xué)探究的方法和本質(zhì)。美國(guó)版教材中，這個(gè)探究活動(dòng)為半自主、半開(kāi)放式，教師給學(xué)生搭了腳手架：先提出問(wèn)題，列出實(shí)驗(yàn)材料和用具，但不主動(dòng)給出設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生自己提出假設(shè)并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

不同的是，美國(guó)教材在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)給出觀(guān)察過(guò)氧化氫酶的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，較為直觀(guān)地體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)材料與過(guò)氧化氫酶之間的聯(lián)系，讓學(xué)生以此做出假設(shè)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這對(duì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用，讓學(xué)生了解怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)。人教版教材中的引導(dǎo)式探究實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能觸類(lèi)旁通，學(xué)會(huì)其他形式的探究，但是如果沒(méi)有很好的引導(dǎo)或者提供可供參考的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生很難自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料和器材設(shè)計(jì)出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。而美國(guó)版教材中半開(kāi)放式探究性實(shí)驗(yàn)則處理得很好，一方面讓學(xué)生有獨(dú)立思考的余地，另一方面可以避免學(xué)生在制定計(jì)劃與策略上花太多的時(shí)間。當(dāng)然，這兩種教材中的探究性實(shí)驗(yàn)都注重了對(duì)學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)和主體性地位的提升。

2. 實(shí)驗(yàn)題目的比較

美國(guó)版教材設(shè)計(jì)了探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)，人教版教材設(shè)計(jì)了探究影響酶活性的條件的實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橛绊懨富钚缘囊蛩赜泻芏喾N，溫度屬于其中的一種，所以美國(guó)版教材只是探究了其中一種因素——溫度，而人教版教材從給出的實(shí)驗(yàn)材料和用具看，包括溫度和pH值兩種因素。因此，人教版的實(shí)驗(yàn)題目可以囊括美國(guó)版的實(shí)驗(yàn)題目，但總的來(lái)說(shuō)都是探究影響酶活性因素的實(shí)驗(yàn)。

3. 能力培養(yǎng)的比較

在美國(guó)版和人教版教材中，影響酶活性因素實(shí)驗(yàn)都設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)，因此，探究能力的培養(yǎng)是兩套教材中要重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的培養(yǎng)目標(biāo)。美國(guó)教材在培養(yǎng)探究能力的同時(shí)，又強(qiáng)調(diào)了對(duì)做出假設(shè)、推理預(yù)測(cè)能力的培養(yǎng)。而人教版教材雖然沒(méi)有明確列出培養(yǎng)目標(biāo)，卻完整地體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)科學(xué)的探究性實(shí)驗(yàn)的能力的過(guò)程。

4. 材料用具的比較

美國(guó)版、人教版兩套教材中在實(shí)驗(yàn)材料和器材的選用上有一個(gè)共性，即教材中此實(shí)驗(yàn)所用到的器材都非常便捷、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。如美國(guó)版教材中使用的生豬肝、有蓋培養(yǎng)皿、移液滴管、肝臟研磨液、量筒、燒杯、濾紙片、鑷子等材料都非常經(jīng)濟(jì)易得，所使用的實(shí)驗(yàn)器材都較為簡(jiǎn)單。人教版教材中使用的新鮮的肝臟（如豬肝，雞肝）研磨液、可溶性淀粉溶液、過(guò)氧化氫溶液、鹽酸、氫氧化鈉溶液、熱水、蒸餾水、冰塊、碘液、試管、量筒、小燒杯、大燒杯、滴管等在生物實(shí)驗(yàn)室中也簡(jiǎn)單易得、操作簡(jiǎn)便。

5. 提出問(wèn)題與做出假設(shè)的比較

美國(guó)教材屬于半自主式實(shí)驗(yàn)，是直接給出探究的問(wèn)題，并且在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一部分中，通過(guò)給出觀(guān)察過(guò)氧化氫酶的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，較為直觀(guān)地體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)材料與過(guò)氧化氫酶之間的聯(lián)系，這對(duì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、做出假設(shè)起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用。而人教版教材給出了一段關(guān)于酶的特性的并且與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)的文字材料，讓學(xué)生以此提出問(wèn)題，做出假設(shè)。由此可見(jiàn)，人教版教材注重培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的能力，這一點(diǎn)對(duì)于探究式學(xué)習(xí)很重要。

6. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的比較

美國(guó)教材是根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一部分的觀(guān)察過(guò)氧化氫酶的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并且給出了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的提示，包括：控制變量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料以及實(shí)驗(yàn)方法的選擇要注意環(huán)?？芍貜?fù)利用，設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格，做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，還要注意實(shí)驗(yàn)后材料的處理。最后強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)老師的許可后方可操作。人教版教材是通過(guò)一系列的問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生怎樣選擇實(shí)驗(yàn)材料，怎樣設(shè)置變量、控制變量、設(shè)置對(duì)照組、設(shè)置重復(fù)試驗(yàn)以及設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)的表格。但沒(méi)有提及學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)必須經(jīng)過(guò)老師審核同意后才能操作。這體現(xiàn)了美國(guó)教材較為注重教師對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)和引導(dǎo)作用，并且關(guān)注到了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性評(píng)價(jià)，而中國(guó)教材則沒(méi)有體現(xiàn)這一觀(guān)念。兩個(gè)教材在編寫(xiě)上都體現(xiàn)了探究實(shí)驗(yàn)在做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)引導(dǎo)鍛煉學(xué)生運(yùn)用依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，操縱和控制實(shí)驗(yàn)變量，限制和控制無(wú)關(guān)變量，觀(guān)察和測(cè)量因變量的科學(xué)方法。最后美國(guó)教材中要求學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)后的材料進(jìn)行一個(gè)規(guī)范性處理，而中國(guó)教材則沒(méi)有提醒學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意試驗(yàn)后材料的回收處理。

7. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程的比較

在實(shí)施實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，中美教材都要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并且注意實(shí)驗(yàn)安全。不同的是美國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)安全提示更為具體，其中包括注意實(shí)驗(yàn)安全、合理選擇實(shí)驗(yàn)材料、合理選擇實(shí)驗(yàn)器具和實(shí)驗(yàn)方法等?？梢?jiàn)美國(guó)教材更為注意學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全，這一點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí)借鑒。

8. 分析結(jié)果與評(píng)估交流的比較

中美教材都以問(wèn)題的形式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論，并且都聯(lián)系了生活實(shí)際，讓學(xué)生更好地理解并運(yùn)用結(jié)論，體現(xiàn)了學(xué)以致用的理念，加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)印象。關(guān)于實(shí)驗(yàn)評(píng)估反思方面，美國(guó)教材提示了學(xué)生要對(duì)可能造成實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的來(lái)源進(jìn)行分析。人教版教材則是要求學(xué)生與其他小組進(jìn)行交流、反思和修改，都注重培養(yǎng)學(xué)生的反思與表達(dá)交流的能力。

9. 繼續(xù)研究的比較

在實(shí)驗(yàn)的最后，中美教材都聯(lián)系了生活實(shí)際，對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出了更具拓展性的問(wèn)題，希望以此鼓勵(lì)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的遷移和運(yùn)用。

三、結(jié)論與啟示

1. 重視探究能力的培養(yǎng)

人教版教材中這一實(shí)驗(yàn)屬于引導(dǎo)式探究實(shí)驗(yàn)。整個(gè)過(guò)程完全按照科學(xué)探究的流程設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)材料提出問(wèn)題，做出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果，得出結(jié)論，表達(dá)交流。這有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生之間的合作和交流。美國(guó)教材中這一實(shí)驗(yàn)屬于半自主式探究實(shí)驗(yàn)。美國(guó)教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一部分前中通過(guò)給出觀(guān)察過(guò)氧化氫酶的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，較為直觀(guān)地體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)材料與過(guò)氧化氫酶之間的聯(lián)系，這對(duì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，做出假設(shè)起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用。最后在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)給出問(wèn)題和一系列提醒。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法及具體觀(guān)察指標(biāo)的確定和記錄，明確按照探究性學(xué)習(xí)的步驟提出問(wèn)題要學(xué)生思考、討論，通過(guò)學(xué)生自己設(shè)計(jì)和修正實(shí)驗(yàn)并加強(qiáng)對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的落實(shí)，同樣有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法。探究能力是高中生物學(xué)習(xí)中需要掌握的一個(gè)重要的能力，中美教材都較好地體現(xiàn)了這一理念。表明了中美兩國(guó)對(duì)于生物方面的人才培養(yǎng)方面能達(dá)成一致，而探究能力也的確是優(yōu)秀人才所具有的不可或缺的能力之一。

2. 注重安全意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)

兩本教材均有關(guān)于實(shí)驗(yàn)安全性的提示。美國(guó)教材實(shí)驗(yàn)部分的“安全警示”提示透出濃濃的人文關(guān)懷，如在此實(shí)驗(yàn)中提到了在使用刺激性的化學(xué)藥物的時(shí)候，需要穿上圍裙，戴上手套和安全的護(hù)目鏡；人教版教材學(xué)生用書(shū)中則沒(méi)有出現(xiàn)相關(guān)的提示，需要教師在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)提醒學(xué)生。筆者認(rèn)為像這樣的提示性?xún)?nèi)容可以在學(xué)生用書(shū)中提及，這樣可以更好地教會(huì)學(xué)生樹(shù)立實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)和自我保護(hù)的意識(shí)，在這一點(diǎn)值得我們像美版教材學(xué)習(xí)和借鑒的。此外，美國(guó)的實(shí)驗(yàn)提示中關(guān)于實(shí)驗(yàn)藥品的回收與處理的內(nèi)容體現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)的思想，而人教版教材中則沒(méi)有體現(xiàn)。因此，我們?cè)诮窈蟮慕滩木帉?xiě)中可以學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)教材增加這部分的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：生物·必修一·分子與細(xì)胞[M].北京：人民教育出版社，2007：83-84.

[2] Kenneth R.Miller，Joseph S.Levine.Biology-Prentice Hall[M].Pearson Prentice Hall，2008：54-55.

[3] 俞婷.中美生物學(xué)教材中淀粉酶作用實(shí)驗(yàn)比較研究[J].中學(xué)生物學(xué).2014，30（4）：60-62.

（編輯：楊 迪）